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世界第一煤储量大国为何不搞煤制油?

经济 rock 2510℃ 1评论

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上世纪30~40年代中期,受困于没有石油资源的德国,为了战争的需要,开发了基于煤的气化和合成气费托合成的“煤制油”(煤间接液化,CTL)技术。1943年高峰期,曾有9座日均产能1300桶(相当于170吨)的CTL工厂,到战后全部关闭。

CTL油包括合成柴油、合成汽油和合成航空煤油等,其油品质量优于原油提炼的常规油品,燃烧排放尾气的环境影响也远小于常规油品。然而到今天为止,除中国以外,国际上只有计划建造的三四家CTL工厂。特别是美国,拥有全球第一大的煤炭储量,CTL又曾被密集研发过,已成熟到完全可以商业化的程度。但在过去的30多年中,CTL却经历了从密集研发到放弃的过程。个中原因值得我们研究、剖析和借鉴。

Market1煤炭清洁化利用主要途径

美国曾对CTL作过不少研究

早在第二次世界大战前,美国就通过了“合成燃油法”,国会批准拨款3000万美元进行研究。二战结束后,美国曾从德国购买CTL技术,在得克萨斯州建立一座日产7000桶煤合成油工厂。

上世纪70年代石油危机之后,国会在1980年通过了《合成燃料法》,并建立了合成燃料公司,计划在5年内达到日产200万桶的产能。

美国空军部很早对通过CTL合成航空煤油表示出浓厚兴趣,认为是确保其能源安全的一张“王牌”。本世纪初,随着国际油价再度攀升,空军部和能源部(DOE)联手立项资助对CTL的研发,资助额高达80亿美元。目标是到2025年,CTL航煤供应空军燃油的70%。美国国防部也曾在2001年发起过用国产的煤和天然气生产军用合成油的计划。

CTL在美国如能成为产业,会有巨大的资源优势:美国2006年产煤11.6亿吨。只要拿出15%制车用合成油,即可达到日产100万桶(约合12.5万吨)的水平;按此比例,总计2700亿吨的可采储量,可支撑日产300万桶合成油逾90年。

美国对CTL的研发集中于两种途径,即气化-费托合成和气化-合成甲醇-转化为汽油(MTG汽油)。费托合成反应技术早在上世纪20年代已成熟;到70年代,美孚研究与发展公司投资研究MTG汽油,到2004年,将每桶油的成本降至35~40美元。

进入到上世纪90年代,国际合成油/气研发的重点转向天然气变油(GTL)。2006年9月16日,在加州爱德华兹空军基地,举行了用Syntroleum公司生产的GTL航煤作B-52轰炸机燃油的试飞试验获得成功,但煤制费托合成油的CTL最终仍然没能在美国发展起来。

CTL在美国未能产业化的原因

投资需求过大,是美国曾经建起的一些CTL示范厂因此而资金链断裂、最终关闭的主要原因之一。据报道,每形成1桶合成油产能的投资,需10万~12.5万美元(2007年不变价)。建一座日产5万桶(约合6250吨)CTL油的工厂,需投资36亿~60亿美元。美国有的学者,曾用“monumental”(极为巨大的)“astronomical”(天文数字的)等词来形容这种需求。

其次,能源转化效率相对较低(0.41),也是CTL大规模产业化的一个障碍。据测算,每制成2桶CTL柴油(约250kg)需消耗1吨煤。如要用它替代美国现行车用化石柴油量的10%,需要每年多开采4.75亿吨煤,相当于要让正在努力压缩煤炭用量的美国扩大煤炭产量近一半。

此外,环境成本过高。首要的是其过高的耗水率,每制成1吨CTL柴油,需消耗5~7吨水。以曾计划建于蒙大拿州Malmstrom空军基地的CTL工厂为例。该厂预计年产CTL航空煤油2750吨,但要耗用1400万吨水,相当于6万人一年的用水量。

然而,CTL在美国未能发展的根本原因,是它的全生命周期CO2排放量过高。研究表明,比起常规化石柴油,它的CO2排放量要高出160%~190%。如果只计算生产过程的,则CTL要比常规的化石燃油高出20倍。因此,它不符合美国2007年颁布的《能源独立和安全法》的相关规定。

美国的CTL研发主要是受空军部支持和资助的。2009年1月9日,美国空军部正式宣布,放弃Malmstrom空军基地CTL工厂的建设计划。有美国学者指出:发展温室气体排放率高出常规石油两倍的CTL,是“不动脑子者”(no-brainer)的主意。

今后可能的发展前景——CBTL

从发展趋势看,美国业内专家特别是不少科学家认为,煤和生物质混合料制合成油(CBTL)是长远的发展方向,但必须配合减碳技术所有CO2中。据兰德公司报告称,采用煤和生物质(55∶45)混合料制合成油,在制造过程产生的CO2就地封存的条件下,其全生命周期的CO2净排放量可以为0。同完全采用生物质原料相比,采用易于运输、贮存的煤也能大大提高经济效益。

大幅度降低CTL的CO2排放量有两大途径:一是将CTL工厂建在油田附近,用在生产过程中收集到的CO2驱油(EOR),可增加原油的提取量,二是捕获CTL工厂产生的CO2并就地封存(CCS)。但后者还需要进一步研发和完善。

2009年8月,美国科学院、美国工程院和美国国家研究会联合组建的委员会,发布了大型决策咨询报告——《美国能源的未来》。报告认为,“第二代生物乙醇”即纤维素乙醇能起到的,将只是某种“过渡性的作用”。更主要的发展方向,将是生物质热化学转化的烃类燃油,特别是CBTL。该报告预测,到2035年,纤维类生物乙醇加上CBTL燃油,将达到日产170万~250万桶石油当量的产能;加上单独使用煤转化的液态烃类燃油,合计约日产500万桶,可相当于目前美国交通运输用石化燃料日消费量的35%。

与《美国能源的未来》相呼应的,是兰德公司在2008年提交的长篇报告《对美国发展煤制油产业的评估》。该报告认为,CTL在碳排放、水资源消耗和煤炭消耗方面的不确定性过大,极大地制约了其产业化。

兰德公司认为,政府宜将重点放在采用CBTL,加上应用EOR和CCS技术,从而较大幅度地减少CO2排放量,以最终克服产业化的障碍。但是过量消耗水资源的难题迄今无法解决。

兰德公司的报告建议,政府不要采取像对生物乙醇那样的高补贴鼓励政策或其他干预政策,而主张让市场发挥主导作用和民营企业自行决策。与此同时,政府需要支持从长远着眼能显著改进CTL环境和经济可行性的研究,以及CBTL商业化前期努力项目;并大力支持CCS技术的研究和示范。这些被统称为一种“稳妥政策”。

借鉴意义

1.美国政府并未因拥有世界上最多的煤矿资源以及有长期研发基础而不顾减排和环保要求发展煤制油产业,却仍对减排、环保、提高经济可行性继续研究。对CTL,美国政府依法行政,研究先行而不是冒然行动的做法是值得借鉴的。

2.为利用本国丰富煤炭储量,克服CTL的严重弊端,美国提出了更为先进的CBTL技术前景。但设置了产业化严格的前提:即必须配合CCS和EOR技术,同时考虑经济上的可行性。

3.中国煤炭资源储量和储采比远不及美国,且美国煤矿有不少分布于水及生物质资源丰富的中、东部地区,而中国则主要分布在水和生物质资源极缺的西北地区。尽管如此,美国对发展CTL和CBTL仍如此谨慎,中国更需谨慎。

文|程序 中国农业大学生物质工程中心教授 《石油观察》

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  1. 挣钱不要命
    匿名2014-10-11 10:55 回复